Materia Optativa: FUNDAMENTOS DE LA PRODUCCIÓN DE PASTAS CELULÓSICAS II Cuatrimestre Instituto de Tecnología Celulósica.

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1 Materia Optativa: FUNDAMENTOS DE LA PRODUCCIÓN DE PASTAS CELULÓSICAS II Cuatrimestre Instituto de Tecnología Celulósica. Trabajo Práctico: BLANQUEO DELIGNIFICANTE # FUNDAMENTOS El principal objetivo del proceso de BLANQUEO es HACER UNA PULPA MAS CLARA Y BRILLANTE al ojo humano acompañado de otros requerimientos tales como estabilidad del color y un efecto mínimo de deterioro sobre las propiedades físicas y químicas, tratando de lograr ello a un costo razonable a través de un proceso que genere el menor potencial polutivo posible. Existen dos métodos de blanqueo: a- DELIGNIFICANTE y b- NO DELIGNIFICANTE. En este trabajo práctico nos referiremos al primero de ellos. El proceso de blanqueo DELIGNIFICANTE se basa esencialmente en la oxidación y remoción de la lignina residual de la pasta. A través del mismo pueden lograrse pastas de elevada blancura y estabilidad. Este método se lo aplica a pastas celulósicas que poseen bajo contenido de lignina residual o pastas de bajo rendimiento, como lo son las pulpas químicas y algunas semiquímicas. Normalmente se lleva a cabo en una secuencia de varias etapas sucesivas utilizando productos químicos y condiciones diferentes en cada una, con o sin lavado entre etapas. Los reactivos mas utilizados a nivel industrial como agentes oxidantes de la lignina son: Cl 2 ; NaClO ; ClO 2 ; H 2 O 2 y O 2. Su tasa de empleo depende de su costo, especificidad, facilidad de manipulación y potencial polutivo generado, entre otros aspectos. A los fines del trabajo práctico no interesa seguir estrictamente una secuencia de varias etapas que llevaría varias horas, sino realizar una experiencia de blanqueo empleando un oxidante de fácil disponibilidad, manipulación y barato como lo es el hipoclorito de sodio (NaClO o agua lavandina comercial) a la pasta kraft de eucalipto obtenida en el trabajo práctico de pulpado alcalino. La importancia del hipoclorito como agente de blanqueo ha disminuido después de la introducción del ClO 2, debido principalmente a que el hipoclorito degrada mucho más las moléculas de celulosa que el dióxido de cloro. En cuanto a las variables de proceso de la etapa H; ph, temperatura, cantidad de reactivo, consistencia y tiempo de reacción ; las dos primera son las que más control requieren. El ph se lo debe mantener en valores superiores a 9 para evitar degradación de carbohidratos. Aunque las soluciones de hipoclorito generan un ph superior a 11, en el blanqueo se generan ácidos orgánicos y ácido clorhídrico lo que hace que disminuya la alcalinidad. Para mantener las condiciones requeridas se debe agregar inicialmente álcali adicional [NaOH ó Ca(OH) 2 ] hasta llevar el ph inicial a 11,5. El rango de temperatura usualmente empleado abarca entre 30 y 50 C. La velocidad de reacción en dicho rango se duplica por cada aumento de 7 C. El tiempo de reacción está relacionado directamente con la temperatura. En general las etapas de blanqueo con hipoclorito 1

2 se diseñan para un tiempo de retención de 1-2 hs cuando se emplean al comienzo de una secuencia donde el consumo de Cl 2 activo en muy rápido y con tiempos sustancialmente mayores cuando se lo aplica al final de la secuencia. El agente de blanqueo se agrega en cantidad adecuada para lograr el ISO Brightness final deseado, con leve exceso de reactivo para evitar su agotamiento lo que produciría una reversión de la blancura. Generalmente el blanqueo se realiza a 10 % de consistencia, pero puede variar entre el 4 y 18 %. Definición de Cloro Activo: Cloro Activo (ó Cloro disponible) es el Cloro presente en hipoclorito de sodio, dióxido de cloro, etc., expresado en términos de Cloro elemental de poder oxidante equivalente. En el blanqueo con hipoclorito de sodio, la única forma de Cloro Activo presente es el ión hipoclorito a valores de ph superiores a 9,5. # OBJETIVO DEL TRABAJO PRÁCTICO Observar cualitativamente el avance de un proceso de blanqueo de una pulpa Kraft de Eucalipto con dosajes crecientes de NaClO en una sola etapa y determinar cuantitativamente las variaciones de ISO Brightness producidas y Rendimiento del blanqueo en función del Consumo de Cl 2 activo. # DATOS DE LA PASTA A BLANQUEAR Sequedad N Kappa Rendimiento Digestión (%) ISO Brightness (%) % Lignina Klason / Pasta Marrón (N K x 0,13) # VARIABLES DE PROCESO Dosaje (%Cl 2 Activo) Consistencia (%) Temperatura ( C) PH inicial Tiempo a Temp. (min.) Ambiente ,5 50 2

3 # OPERATORIA EXPERIMENTAL PROCEDIMIENTO ANALÍTICO A cada punto de blanqueo realizarlo por duplicado. Pesar la muestra húmeda de pasta kraft de eucalipto (10 g de pasta seca) en una bolsa de polietileno y luego realizar lo mas rápido posible el siguiente procedimiento: agregar el volumen calculado de NaClO y de agua; con un pehachímetro, ajustar el ph a ~ 11,5 agregando solución diluída de NaOH y cerrar la bolsa eliminando previamente el aire. Por último colocarla en un baño a la temperatura prevista el tiempo correspondiente a la muestra a blanquear (según la tabla de variables de proceso). V NaClO V H2O Ajustar el Tiempo a ph = 11,5 Cerrar la bolsa (Soluc. NaOH) (sacar el aire) Temperatura A una muestra se determina el Rendimiento del Blanqueo, pasando cuantitativamente la muestra de pasta blanqueada a un butchner provisto de papel de filtro tarado; luego lavar con abundante H 2 O caliente para eliminar el exceso de NaClO presente en la misma (se verifica la ausencia de hipoclorito haciendo la prueba con IK y Almidón); llevar a estufa a 105 ºC hasta sequedad constante y luego pesar. El licor de la otra muestra, se transfiere por un filtro de vidrio poroso a un kitasato limpio y seco, realizando sobre dicho licor la titulación del Cl 2 residual y medición de ph final. Luego se pasa la muestra de pasta blanqueada a un butchner provisto de un papel de filtro, lavando con abundante H 2 O caliente, como en la muestra anterior. Se determina la sequedad de la misma para después formar las hojitas de ensayo con el fin de medirles el ISO Brightness. CÁLCULOS Peso pasta seca = g Sequedad pasta húmeda = g p. seca / g p. húm Peso pasta húmeda = g Agua de humedad en pasta = Peso pasta húmeda - Peso pasta seca = Consistencia = 10 % = (g de fibra / g de suspensión) x 100 = g Volumen total = Vol. NaClO + Vol. agua a agregar + Vol. agua pasta 3

4 Dosaje NaClO (*) Conc. Inicial (**) Volumen Total (ml) Volumen NaClO a agregar (ml) Volumen H 2 O a agregar (ml) (*) Dosaje de NaClO: porcentaje en peso de reactivo a pulpa seca (%Cl 2 activo). (**) Concentración de NaClO: cantidad de reactivo en volumen (gpl Cl 2 activo). DETERMINACIONES SOBRE PASTA BLANQUEADA Rendimiento del Blanqueo: η blanqueo = Peso pasta seca blanqueada / Peso de pasta seca marrón inicial x 100 ISO Brightness (Medición con FOTÓMETRO ELREPHO, en el Trabajo Práctico de Propiedades Físicas) DETERMINACIONES SOBRE EL LICOR RESIDUAL Cl 2 activo residual: Técnica Operatoria: En un erlenmeyer de 250 ml adicionar 20 ml del licor de blanqueo residual, 6 ml de IK 1 N, aproximadamente 25 ml de H 2 O y 10 ml de ácido acético glacial. Titular el I 2 liberado con tiosulfato de sodio 0,1 N y agregar 2 ml de solución de almidón, cuando la solución tenga un color amarillo pálido y se continúa la titulación gota a gota hasta que desaparezca la coloración azul. Cálculos: C gcl2 / lt = V x N x f x 35,46 / 20 ml donde : C gcl2 / lt = C f = Concentración final de Cl 2 ; V = volumen de S 2 O 3 Na 2 gastado en la titulación ;N = normalidad del S 2 O 3 Na 2 ; f = factor del S 2 O 3 Na 2 ; 36,46 = peso equivalente del Cl 2 y 20 ml = volumen del licor Reacciones: ClO H e - Cl - + H 2 O 2 I - I e - ClO H I - Cl - + H 2 O + I 2 4

5 I e - 2 I - 2 S 2 O 3 S 4 O e - I S 2 O 3 2 I - + S 4 O 6 Calcular: % Consumo de reactivo = (C i -C f ) / C i x 100 donde: C i = Concentración inicial de Cl 2 (gpl) y C f = Concentración final de Cl 2 (gpl) ph final # TABLA RESUMEN DE DETERMINACIONES Dosaje (%Cl 2 act.) Conc. Inicial (gpl Cl 2 act.) Conc.Final (gpl Cl 2 act.) Consumo % PH final Rendimiento Blanqueo(%) ISO Brightness (%) # GRAFICAR Variación del ISO Brightness y Rendimiento en función del Consumo de Cl 2 activo / pasta seca inicial. # BIBLIOGRAFÍA 1- Blanqueo de pastas en la Industria Papelera, J. F. Colom Pastor. E.T.S.I.I. de Terrassa -UPC Manual para Técnicos de Pulpa y Papel, Smook, G. A., Tappi Press The Bleaching of Pulp, Singh,R. P., Tappi Press